Un equipo de investigación internacional dirigido por QuTech ha demostrado una conexión de red entre procesadores cuánticos a distancias metropolitanas. Sus resultados marcan un avance clave desde la red de investigación inicial del laboratorio hacia una futura Internet cuántica. El equipo construyó nodos que funcionan de forma totalmente independiente y los integró con fibra óptica de Internet desplegada, lo que permitió un enlace cuántico de 25 km. Los investigadores publicaron sus hallazgos. Avances de la ciencia.
Internet permite a las personas compartir información (bits) en todo el mundo. Una futura Internet cuántica permitirá compartir información cuántica (qubits) en un nuevo tipo de red. Estos qubits pueden tomar no sólo el valor 0 o 1, sino también su superposición (0 y 1 al mismo tiempo). Además, los qubits pueden entrelazarse, lo que significa que comparten una conexión cuántica que permite una correlación instantánea, independientemente de la distancia.
Investigadores de todo el mundo están trabajando para crear redes cuánticas que utilicen estas propiedades para proporcionar capacidades informáticas y de comunicación fundamentalmente nuevas, coexistiendo con la Internet actual. Por ejemplo, los qubits pueden generar claves de cifrado seguras para compartir de forma segura información financiera o médica. Los enlaces cuánticos también pueden conectar ordenadores cuánticos distantes, aumentando su potencia y permitiendo a los usuarios acceder con total privacidad.
saliendo del laboratorio
Un equipo internacional dirigido por Ronald Hanson en QuTech (una colaboración entre TU Delft y TNO) pudo conectar dos pequeñas computadoras cuánticas entre las ciudades holandesas de Delft y La Haya. “La distancia que creamos en este proyecto de entrelazamiento cuántico, a través de 25 kilómetros de fibra subterránea tendida, es un récord para los procesadores cuánticos”, afirmó Hanson. “Es la primera vez que se conectan procesadores cuánticos de este tipo en diferentes ciudades”.
Hace unos años, el equipo informó sobre la primera red cuántica de múltiples nodos dentro del laboratorio. “A partir de estos experimentos de laboratorio nos enfrentamos a nuevos desafíos importantes para realizar un vínculo cuántico entre ciudades. Tuvimos que diseñar un sistema flexible que permita a los nodos operar de forma independiente a largas distancias, necesitamos reducir el efecto de la pérdida de fotones. Acelerar el conexión, y cada vez que se crea con éxito el enlace de entrelazamiento tuvimos que hacer confirmaciones confiables, sin estas innovaciones, distancias tan grandes no habrían sido posibles”.
‘Como mantener la luna a una distancia constante’
Para abordar el desafío de la pérdida de fotones, el equipo estableció conexiones cuánticas utilizando un protocolo eficiente en fotones que requiere una estabilización muy precisa del enlace de fibra de conexión. La coautora Ariane Stolock lo explica utilizando un análogo: “El enlace debe estar bien estabilizado a través de 25 kilómetros de fibra óptica con longitudes de onda de fotones (más pequeñas que un micrómetro). Este desafío es comparable a mantener la distancia entre la Tierra y la Luna. Gracias a una combinación de conocimientos de investigación e ingeniería aplicada, pudimos resolver este enigma con una precisión de sólo unos pocos milímetros”.
“En este trabajo, demostramos con éxito el entrelazamiento entre dos nodos de una red cuántica que consisten en qubits de espín de diamante. Los nodos operados de forma independiente están conectados a través de fibras ópticas a través de una estación de punto medio. Podemos proporcionar de manera confiable un estado de entrelazamiento preespecificado entre los nodos. “
Colaboración entre la academia y la industria
El coautor Kian van der Enden explicó lo esencial que fue la amplia experiencia del equipo para el éxito del proyecto: “El Fraunhofer ILT desarrolló un componente clave para esta demostración, un nuevo tipo de convertidor de frecuencia cuántico. OPNT proporcionó sincronización de última generación Hardware, Element Six proporcionó sus materiales de diamante sintéticos y Toptica desarrolló láseres de alta estabilidad. Finalmente, el proveedor de telecomunicaciones holandés KPN proporcionó infraestructura de fibra y. Dada la posición del nodo, el punto medio y el nodo.
Una base sólida para la Internet cuántica europea
Este resultado es un hito importante que aborda los desafíos de escala clave para las futuras redes cuánticas. Jesse Roberts, director de industria e infraestructura digital de Quantum Delta NL, que cofinanció la investigación, añadió: “Seguimos demostrando liderazgo en el desarrollo de la base futura de nuestra infraestructura digital y cómo se puede aplicar, lo cual es clave. Nacional y Estrategia europea.”
La arquitectura y los métodos son directamente aplicables a otras plataformas de qubits, incluida la próxima generación de qubits escalables que el equipo está desarrollando actualmente. El uso exitoso de la infraestructura de Internet convencional implementada sienta las bases para una nueva fase en el camino hacia la Internet cuántica. Hanson: “Este trabajo marca un paso importante fuera del laboratorio de investigación, ya que permite la exploración de las primeras redes de procesadores cuánticos a escala metropolitana”.